tesis puentes 2.pdf

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UNIVERSIDAD VERACRUZANA

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

“ANALISIS Y DISEÑO DEL PUENTE

CONGRESO – SAN NICOLAS

DEL ESTADO DE PUEBLA, PUE.”

M E M O R I A

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:

INGENIERO CIVIL

PRESENTA

ARTURO URRUTIA PIÑA

DIRECTOR DE TESIS

ING.DAVID HERNANDEZ SANTIAGO

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A DIOS.

QUE SIEMPRE CONTAMOS CON EL EN TODO MOMENTO.

A MI ESPOSA E HIJOS.

ADELA ALFARO PEREZ, ISAAC ARTURO E IAN AXEL URRUTIA ALFARO DEDICO CON MUCHO AMOR Y CARIÑO ESTA TESIS.

A MIS PADRES Y PADRINOS:

MARTIN URRUTIA LOZANO Y ANA PIÑA VAZQUEZ.

PEDRO VAZQUEZ SANTAMARIA Y ELVIRA BALLESTEROS CORONA

CON MUCHO CARIÑO Y POR DARME SU APOYO, AMISTAD Y CONFIANZA SIEMPRE.

A MIS HERMANOS:

POR SU COMPAÑÍA, CONFIANZA Y ALIENTO EN TODO MOMENTO ESPERANDO NO HABERLOS DEFRAUDADOS LOS QUIERO MUCHO.

A MIS CUÑADAS Y CUÑADOS.

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POR QUE TENGO LA GRAN FORTUNA DE CONTAR CON USTEDES. FAM. ALFARO PEREZ

FAM. URRUTIA PIÑA FAM. PABLO SANCHEZ FAM. USCANGA LOPEZ FAM. RAYGADAS SALAZAR FAM. MENDOZA MARTINEZ FAM. LOPEZ HERNANDEZ FAM. HERNANDEZ GOMEZ FAM. CORTEZ SANCHEZ FAM. HERNANDEZ FLORES

AGRADECIMIENTO:

A MIS AMIGOS

QUE DE ALGUNA U OTRA FORMA COLABORARON CONMIGO GRACIAS.

CATEDRATICOS.

LES AGRADESCO SU VALIOSA DIRECCION Y AYUDA EN ESTA TEIS, GRACIAS POR DARME LA OPORTUNIDAD DE RELIZARME COMO PROFESIONAL.

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Índice

CAPITULO I ... 1

INTRODUCCION ... 1

1.1. HISTORIA DE LOS PUENTES EN MEXICO Y EL MUNDO ... 2

1.3. ANTECEDENTES. ... 13

1.4. ESTUDIO DE FACTIBILIDAD DEL PROYECTO CARRETERO DONDE SE UBICARA DEL CRUCE DEL PUENTE. ... 19

1.5. CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS DEL TRAMO DE LOCALIZACIÓN DEL CRUCE. ... 21

CAPITULO II ... 24

ESTUDIOS DE CAMPO ... 24

2.1. ESTUDIOS DE CAMPO ... 25

2.2. ESTUDIOS TOPOGRÁFICOS. ... 25

2.3. GENERALIDADES DEL ESTUDIO TOPOHIDRAULICO E HIDROLOGICO... 26

2.4. ESTUDIOS HIDRAULICOS. ... 28

2.5 ESTUDIOS DE CIMENTACIÓN. (MECANICA DE SUELOS) ... 38

2.6. ESTUDIOS DE CONSTRUCCIÓN. ... 60

2.7. ESTUDIOS DE TRANSITO. ... 61

CAPITULO III ... 63

ELECCIÓN DEL TIPO DE PUENTE ... 63

3.1. DETERMINACIÓN DE LA LONGITUD DEL PUENTE A PARTIR DE LAS CONDICIONES TOPOGRÁFICAS. ... 64

3.2. DETERMINACIÓN DEL TIPO DE CIMENTACIÓN Y LA PROFUNDIDAD DE DESPLANTE BASÁNDOSE EN LAS RECOMENDACIONES DE MECÁNICA DE SUELOS. ... 67

3.3. DETERMINACIÓN DE LA LONGITUD DE LOS CLAROS PARCIALES Y DE ELEVACIÓN DE LA RASANTE. ... 70

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CAPITULO IV ... 103

ANÁLISIS Y DISEÑO ... 103

4.1. COMENTARIOS DE LAS PRINCIPALES ESPECIFICACIONES EN QUE SE BASARA EL PROYECTO DEL PUENTE Y CRITERIOS A SEGUIR EN PARTES DE ANÁLISIS Y DISEÑO. ... 104

4.2. DATOS DEL PROYECTO. ... 120

4.3. ANÁLISIS LONGITUDINAL POR SISMO. ... 125

4.4. SUPERESTRUCTURA ANALISIS Y DISEÑO DE LOS ELEMENTOS DE LA SUPERESTRUCTURA ... 133

4.5. SUPERESTRUCTURA ANALISIS Y DISEÑO DE LA LOSA ... 135

4.6. ANÁLISIS Y DISEÑO DE TRABES. ... 157

4.7. ANÁLISIS Y DISEÑO DE DIAFRAGMAS. ... 170

4.8. ANÁLISIS Y DISEÑO DE DIAFRAGMAS. ... 171

4.8. SUBESTRUCTURA ANALISIS Y DISEÑO DE LOS ELEMENTOS DE LA SUBESTRUCTURA ... 173

4.9. SUBESTRUCTURA DATOS DEL CABALLETES. (ESTRIBO ... 175

4.10. SUBESTRUCTURA ANALISIS Y DISEÑO DE LOS CABALETES (ESTRIBO). ... 176

4.11. SUBESTRUCTURA ... 218

4.12. SUBESTRUCTURA ANÁLISIS DEL SISMO. ... 221

4.13. SUBESTRUCTURA GRUPOS DE CARGAS CONSIDERADAS... 222

CAPITULO V ... 224

ELABORACION DE PLANOS ... 224

5.1. ELABORACION DE LOS PLANOS RESPECTIVOS PARA CADA UNO DE LOS ELEMENTOS QUE FORMAN LA ESTRUCTURA GENERAL DEL PUENTE. ... 225

5.2. ELABORACION DE PLANO GENERAL CON DATOS, ESPECIFICACIONES, RECOMENDACIONES DE CONTRUCCION Y CANTIDADES TOTALES DE OBRA. ... 226

CAPITULO VI ... 227

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APLICACIONES DE LOS ELEMENTOS USADOS DURANTE EL DESARROLLO DEL PROYECTO... 228 6.2. SI ES POSIBLE SE DARAN RECOMENDACIONES PARA EL DESARROLLO DEL PROYECTO, PUENTES SIMILARES HA ESTOS. ... 229 BIBLIOGRAFIA ... 230

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PRESENTA: ARTURO URRUTIA PIÑA 1

CAPITULO I

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1.1. HISTORIA DE LOS PUENTES EN MEXICO Y EL MUNDO

La construcción de México moderno se ha venido desarrollándose a través de su historia con la aplicación de los conocimientos de la ingeniería en todas las ramas que la integran. Los puentes reflejan una expresión universal de civilización y cultura, y a través del tiempo han significado una inquietud para los diseñadores y constructores quienes se preocupan por encontrar cada vez mejores soluciones estructurales adecuadas a los recursos económicos, materiales y al desarrollo de equipos y técnicas constructivas, buscando además superar cada vez la belleza arquitectónica, lo que hace que el puente jerarquice la manifestación artística de una obra vial.

El hombre primitivo descubrió los puentes naturales, al enfrentarse ante un rio demasiado ancho y para poder cruzar recorría sus márgenes donde después encontraría un árbol derribado y atravesando el rio de orilla. Los primeros puentes fueron construidos por la misma naturaleza, posteriormente trenzado ramas largas y finas construirían los primeros puentes colgantes.

El primer puente que se menciono es el de babilonia sobre el rio Éufrates (1900 a. c.) los puentes sobre barcazas fueron construidos para la guerra, cuando los persas estaban empeñados en la conquista de babilonia. También se tiene conocimiento que el primer constructor de puentes fue Mondrucles de Samosi quien construyo un puente militar en el Bósforo en el año 493 a. c., la longitud de este puente era de 1 Km.

El puente más antiguo de los que se conservan en el mundo hasta la fecha, fue construido por los griegos en el año 850 a. c., en la ciudad de Esmima, localidad que actualmente forma parte del territorio de Turquía.

Los romanos son maestros en la fabricación y el arte de los puentes, utilizando al principio la madera, la piedra y el ladrillo, reforzando con grapas o abrazaderas de hierro. En la historia se registra que el primer puente romano fue construido en el año 621 a. c. sobre el rio Tíbet, siendo una raza de conquistadores, construyeron cientos de puentes desde el extremo norte de las galias (hoy Francia) hasta en la áfrica y desde España hasta el Asia menor. Hoy en día subsisten numerosos puentes de los que se construyeron los romanos, a quienes con justicia se considera como constructores por excelencia.

En España se conservan muchos puentes de la época romana entre los que merecen mencionarlos : el salamanca sobre el Tormes con 27 arcos de 10.00 m de longitud; el de Mérida sobre el Guaroliana con 60 arcos; el Córdoba, sobre el Guadalquivir con 16 arcos reconstruidos para los musulmanes, el de Alcántara sobre el tajo, que tiene 48.00 m de altura desde el nivel de aguas hasta el pavimento y hasta 60.00 m al fondo del rio; está formado por 6 arcos de medio punto, dos de los cuales tiene 28.00 a 30.00 m de luz.

El primer puente de piedra levantado sobre el rio Támesis, en Inglaterra se termino a finales del siglo XIII. Tenía una galería cubierta de madera con tiendas alineadas en ambos lados formando una calle, a fines del siglo XIX fue remplazado por otro nuevo, el famoso puente de la torre de Londres, que mide más de 265 m de largo.

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A fines del siglo XVII se construirá puentes de hierro fundido, donde este tipo de material no puede ser aplastado, pero puede derrumbarse a causa de una considerable fuerza de tracción por lo que se opto por utilizar otro tipo de material llamado hierro forjado, que tiene mayor resistencia a la tracción. Con dicho material siguieron construyéndose muchas obres de ingeniería, hasta que en el siglo XIX a unirse el acero.

La construcción de los primeros puentes colgantes metálicos se debe al ingeniero francés Marcos Seguin. Con el empleo de acero, es posibles cubrir grandes claros, así como también el sistema constructivo permite construir mayores cloros, con puente de vigas no se pueden dar distancias entre pilares superiores a 300 m, mientras que empleando acero se avanza hasta 500 m y con un puente colgante, de hasta 1300 m.

En este aspecto, México hederá una tradición que data desde la época de la colonia, según se tiene conocimiento, sus pobladores recorrían grandes distancias en busca de alimentos, pero sobre su paso se encontraban con múltiples obstáculos como ríos y barrancas; para evitar estos, se improvisaban puentes que eran construidos a base de troncos y ramas de algunos árboles que eran colocados perpendiculares a los ríos o arroyos. También se empleaban grandes cuerdas con palos y troncos amarrados, los cuales formaban los famosos puentes colgantes y que eran colocados en pequeñas barrancas y precipicios.

Fue de esta manera como fueron apareciendo los primeros puentes ideados de acuerdo a las necesidades de aquella época y con el paso del tiempo, el descubrimiento del cemento y del acero y la constante aparición de ingenieros mexicanos en materia de planeación, diseño y construcción de vías terrestres, hoy en día se tiene un gran desarrollo en la ingeniería de puentes en México.

La evolución de los puentes, se debe principalmente a los cambios que han tenido los vehículos de motor, en sus dimensiones, peso y velocidad de operación, al volumen del tránsito, la disponibilidad de mejores materiales de construcción y su utilización racional; al amplio conocimiento de los elementos que forman las estructuras y a la facilidad para su análisis con el empleo de computadoras electrónicas; a nuevos métodos de diseño y a la utilización de técnicas adecuadas de construcción.

Los cruces se elegían generalmente normales a la corriente obligando así el trazo de la carretera; lo que originaba en muchas ocasiones mayores desarrollos de la ruta y alineaciones defectuosos, sobre todo horizontalmente, ya que con mucha frecuencia se obligaba a tener curvas forzadas tanto a la entrada como a la salida del puente.

En México, se han desarrollado diversos procedimientos de análisis y de diseño y construcción de puentes, así como diferentes materiales con que estos se han construido. Desde los años treinta se utilizo el concreto y el acero para puentes, proyectándose a base de la losa con 2, 3 y hasta 4nervaduras y que salvan claros de hasta 15.00 metros. Al mismo tiempo inicia el uso de estructuras metálicas, logrando salvar claros de hasta 20.00 metros.

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Para el ano de 1955, evoluciono en forma acelerada la técnica mundial en la construcción de puentes y como ejemplo de ello, en México se construye el primer puente de concreto presforzado con un claro de 16.00 metros.

En México, tanto en la topografía como la hidrología han exigido puentes muy variados y espectaculares en cuanto al tipo, tamaño y forma, entre los que podemos mencionar al puente Mezcala, el Panuco, el Tampico, el Coatzacoalcos y el puente Alvarado, entre otros; siendo obras que por sus características constituyen un factor que retribuye primordialmente al desarrollo del país debido a que facilitan la comunicación, el comercio y el turismo y que representa el progreso de cualquier región.

Para determinar la factibilidad y funcionalidad de un puente, se considera su importancia como obra de servicio, a fin de establecer su prioridad al respecto; una vez realizados los estudios topográficos, hidráulicos, geológicos, de construcción, de transito, de cimentación, de diseño estructural y económicos; se elige el tipo de proyecto que nos genere el menor costo y que satisfaga las exigencias tanto estéticas como estructurales, además de una conservación y vida útil ilimitada.

Es por esto, que la finalidad principal de esta memoria es aportar a la sociedad en general la metodología para el diseño y construcción de puente “congreso san Nicolás”, el cual tiene por objeto dar continuidad a la carretera Puebla-Teziutlan sobre el tramo Puebla-limites de Puebla /Tlaxcala en el kilometro 4 + 550.00 y salvar el arroyo “Axatl” que nace aproximadamente a 20.00 kilómetros del sitio del cruce y desemboca a 50.00 kilómetros aguas abajo en el rio “Atoyac”.

Dicho proyecto ofrecerá en conjunto con otras obras, mejorar las condiciones de desarrollo de todos los sectores de las regiones que serán beneficiadas y del país en general.

Definición de un puente:

Es una estructura formada por un conjunto de elementos que combinados en forma sistemática realizan la función de enlace y continuidad de una vía de comunicación o de servicio; por lo que el puente debe concebirse como parte del sistema general de vía de comunicación.

Cuando un obstáculo físico por salvar es menor de 6 metros, se denomina alcantarilla.

En las interacciones con barrancas sin tirantes de agua se denomina viaductos; y cuando es necesario interceptar vías terrestres, se construye estructuras llamadas paso a desnivel.

Los puentes deben tener varias características emitidas por la AASHTO (THE AMERICAN ASSOCIATION OF STATE HIGHWAY AND TRANSPORTATION OFFICIALES), como ancho de calzada y de banqueta, guarniciones banquetas de emergencia, parapetos drenaje de la calzada, Sobrelevación en curva horizontal, acabado de la superficie de rodamiento, protección contra humos gálibos y espacios libres e instalaciones de servicio públicos, etc.

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Partes que integran un puente.

Un puente, ya se carretero o ferroviario; consta de:

1.- Superestructura: es la parte del puente que cubre los claros entre apoyos, está formada por elementos que soportan directamente las cargas móviles y tiene la función de transmitir las cargas a la subestructura. La superestructura se compone de: calzada o superficie de rodamiento, guarnición, banquetas parapetos y trabes.

2.- Subestructura: Esta integrada por elementos que tienen la función de transmitir las cargas de la superestructura y su propio peso a la infraestructura. Estos elementos pueden ser: columnas, pilas, caballetes etc.

3.- Infraestructura: Es el conjunto de elementos encargados de transmitir directamente al terreno las cargas provenientes de la subestructura. De acuerdo con la capacidad del terreno la infraestructura podrá ser superficial o profunda.

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CLASIFICACIÓN DE PUENTES

1.- Según la naturaleza de carga que soporta: 1) Carreteros

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3) Peatonales

4) Puente canal

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2. -Según su trazo horizontal

1) Normal 2) Esviajado

3) En curva horizontal

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3.- Por su trazo vertical:

1) Con pendiente 2) Sin pendiente

3) en curva vertical

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4.- Por su material de construcción:

1) Madera 2) Piedra

3) Concreto 4) Acero

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5.- Por la movilidad de la superestructura: 1) FIJOS 2) MOVIBLES a) Levadizo b) Giratorio c) Basculante d) Deslizante.

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6.- Por su comportamiento estructural:

1) ISOSTÁTICO.

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1.3. ANTECEDENTES.

A medida que un país va creciendo en todos sus sectores, van surgiendo cada día más necesidades, tales como: vivienda, drenaje, agua potable, transporte, vialidades, etc.; por lo que las autoridades tanto federales, estatales y municipales tienen el compromiso de dotar de ellas.

Uno de los grandes retos que la actualidad se le presenta a la ingeniería mexicana, es el poder comunicar sus pueblos, centros de producción, recursos naturales polos de desarrollo y litorales.

Gran parte de las vías de comunicación que han hecho posible en enlace y pleno desarrollo del país, han sido los puentes; ya se han carreteros, ferroviarios, canales o marítimos.

Es fundamental que los puentes al igual que otras estructuras, cumplan con la función para la cual están destinadas en sus condiciones normales de operación y que tengan un grado de seguridad adecuado, así como una inversión inicial razonable.

Tales el caso de Teziutlan en el estado de puebla. Que han manifestado un gran crecimiento en los últimos años debido principalmente al sector agrícola que se refleja en un 36.35% de su superficie, en la cual se produce principalmente maíz, aguacate, manzana y pera entre otros; favoreciendo principalmente al tipo de clima que predomina en la región debido ha esto, la comunidad reclama nuevos y mejores servicios como lo son: vías de comunicación, que comunica a todos los municipios y estados vecinos.

Teniendo presente estos antecedentes en conjunto con toda una serie de estudios realizados sobre la región, se detecto que en realidad era indispensable la construcción de nuevas y mejores vialidades que permitan un pleno desarrollo de la región y del país en general.

Razón por lo cual, la Secretaría de Comunicaciones y Transporte (S.T.C.) por producto de la dirección general de servicios técnicos elaboro e proyecto de la carretera Puebla – Teziutlan tramo puebla limites de Puebla/Tlaxcala que corresponde a una carretera estatal que comunicara a la ciudad capital con el municipio de Teziutlan y sus alrededores.

Dentro de este proyecto carretero en el kilometro 4 + 550.00 se presenta el cruce con el arroyo Axatl en el municipio de amozoc puebla, que nace aproximadamente a 20.00 km. Del sitio del cruce y desemboca a 50.00 km. En el rio Atoyac, lo que da origen a la construcción de en puente el cual lleva por nombre “Congreso – San Nicolás” y que tendrá por objeto salvar dicho cruce y dar continuidad a la carretera.

Este arroyo provoca una influencia hidráulica en el cruce, debido a una caída localizada en el cruce mismo, además existe cambio de pendiente de suave a pronunciada a una cascada de cerca del cruce. El área de cuenca drenada hasta el cruce es de 19.00 km2 y pertenece al región hidráulica No. 18 balsas según clasificación SARH., los cuerpos flotantes que arrastra la corriente durante las avenidas, están formadas por ramas y basura.

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El escurrimiento es de carácter intermitente, la precipitación madia anual es de 100mm, el clima predominante en la región se clasifica como templado subhumedo. La geología superficial que se observa en el fondo del cruce, está constituida por arenas limos y boleos, mientras que en ambos márgenes se cuenta con arenas y boleos.

El paso actual de los vehículos en la zona de cruce es sobre un puente existente el cual tiene un antigüedad de 49 años aproximadamente y se compone de 6 claros: uno de 6.5metros dos de 6.40 metros, dos de 6.35 meros y otro de 6.20, con una altura media hasta la parte inferior de la superestructura de 1.00 metros, habiendo funcionado a su máxima capacidad.

El puente por proyectar, estará ubicado aguas abajo del actual puente y se localiza en tangente vertical y tangente horizontal. Tendrá un ancho total de 10.00 metros, el ancho de la carpeta será de 7.20 metros y se proyecta para una carga viva tipo 1 (T3-S2-R4) en dos fajas. Dicho proyecto estará a cargo de CDCO CIPRES S.A.DE C.V.

Para la realización de este proyecto, será importante tener presente ciertas condiciones y restricciones proporcionadas por los estudios de campo, que son lavase de todo proyecto y este a su vez de la construcción. Dichos estudios nos proporcionarán las características necesarias para dar la solución más adecuada a nuestro proyecto.

Una vez conocidas las limitaciones, se producen a determinar aspectos importantes para el proyecto como es el tipo de estructura, el dimensionamiento de los aspectos geométricos y características del puente.

Mediante este proyecto, se pretende que las pequeñas comunidades perteneciente a los municipios de amozoc y acajete (considerados grandes productores en el sector agrícola destacando la producción de maíz, aguacate, y manzana, favoreciendo por el tipo de clima predominante ) en el estado de puebla se vean beneficiados por la ubicación del puente y en general por el paso cercano a la nueva carretera, ya que pondrán estar comunicados de manera más directa con la ciudad capital y con otros municipios, para que de esta forma los principales productores puedan salir a vender sus productos a los lugares donde obtengan una mayor remuneración a cambio.

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Croquis de localización

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DATOS TRASCENDENTES DE LA REGION DONDE SE UBICARA EL PROYECTO Y SUS ALDEDEDORES

LONGITUD NORTE

COMUNIDAD GRADOS MINUTOS ALTITUD

TEZIUTLAN 19 49 1940

AMOZOC 19 3 2320

ACAJETE 19 6 2460

LONGITUD OESTE

COMUNIDAD GRADOS MINUTOS ALTITUD

TEZIUTLAN 97 22 1940

AMOZOC 98 3 2320

ACAJETE 97 56 2460

POBLACION

COMUNIDAD TOTAL HOMBRES MUJERES

TEZIUTLAN 54699 26978 27721

AMOZOC 71228 34250 36978

ACAJETE 47253 23031 24222

REGISTRO DE VEHICULOS

COMUNIDAD TIPO DE VEHICULO No. VEHICULO

TEZIUTLAN AUTOMOVILES 5078 CAMIONES PASAJEROS 60 CAMIONES DE CARGA 2801 MOTOCICLETAS 36 AMOZOC AUTOMOVILES CAMIONES PASAJEROS CAMIONES DE CARGA MOTOCICLETAS ACAJETE AUTOMOVILES CAMIONES PASAJEROS CAMIONES DE CARGA MOTOCICLETAS

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1.4. ESTUDIO DE FACTIBILIDAD DEL PROYECTO CARRETERO DONDE SE UBICARA DEL CRUCE DEL PUENTE.

Estos estudios nos determinan la posibilidad de que una obra determinada se lleve a cabo y son el producto de un análisis técnico y económico que tiene como finalidad precisamente esto: justificar la realización o no de un proyecto. Cualquier proyecto de ingeniería de puentes no queda excluido de ser objeto de este tipo de estudios, ya que la construcción o remodelación de una vía de comunicación como lo son las carreteras que tiene por objeto permitir una circulación eficiente entre centros poblacionales; lo cual, justificaría la inversión del proyecto. En esta ocasión se trata de la construcción de la carretera Puebla – Teziutlan y el puente “Congreso - San Nicolás”, localizado sobre el tramo Puebla – limites de Puebla /Tlaxcala en el kilometro 4+550.00 y que se salvara al arroyo “Axatl”

La construcción y ubicación de este puente se determino que era factible tras haber realizado reconocimientos directos a la zona en estudio; así como de la participación de os siguiente aspectos:

1. Objetivo del puente 2. Ubicación del puente

3. Principal actividad económica de la zona donde se ubicara el puente 4. Fondo económico para la ejecución del proyecto.

1. Objetivo del puente

El primer objetivo de llevar a cabo la construcción de puente “Congreso – San Nicolás” dar continuidad a la carretera Puebla – Teziutlan sobre el tramo Puebla – limites de Puebla/Tlaxcala en el kilometro 4+550.00 y que se salvara al arroyo “Axatl” que nace aproximadamente a 20.00 km. Del sitio del cruce y desemboca a 50.00 km. Aguas abajo en el rio Atoyac. Obra que en conjunto con otras, pretende mejorar las condiciones de desarrollo de todos los sectores de las regiones que serán beneficiadas.

2. Ubicación del puente.

Este fue determinado a través del informe general de estudio topohidraulicos, mismo que como se menciona más adelante; establece que sobre el cruce ya existe un puente que será demolido y que estudio la posibilidad de que en el mismo sitio del cruce se construya el nuevo puente, sin embargo se determino que no era factible construido en el mismo sitio, debido a que la distancia libre vertical que debería dejarse entre en nivel de aguas máximas extraordinarias y la parte inferior de la superestructura para permitir el paso de los cuerpos flotantes seria de 1.00 metros, cuando para este proyecto, dicha distancia de ser cuando menos de 2.00 metros.

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Por la razón, se procedió a estudiar otra nueva alternativa, que consistió en ubicar el puente aguas abajo del que ya existía, con el fin de obtener la distancia libre de 2.00 metros como minio y al a vez, evitar la caída hidráulica que se localiza bajo el puente que ya existe.

Por lo que de acuerdo a esto, esta alternativa resulto la más óptima. 3. Principal actividad económica de la zona donde se ubicara el puente

La zona donde se ubicaría el puente, correspondiente al municipio de amozoc en estado de puebla, que en conjunto con el municipio de acajete han manifestado un gran crecimiento en los últimos anos, destacando por su importancia el sector agrícola, del que destaca la producción de maíz, aguacate, y manzana, favoreciendo por el tipo de clima predominante en la región, razón por la que con la ejecución del proyecto, se verán beneficiadas las comunidades de esta región.

Debido a esto, las comunidades reclaman nuevos y mejores servicios como lo son; vías de comunicación que comuniquen a todos los municipios de estados vecinos.

4. Fondo económico para la ejecución del proyecto

Los recursos económicos destinados para la ejecución del proyecto son aportados por el gobierno del estado para la ampliación y conservación de la infraestructura vial de los municipios que lo integran, para que la Secretaria de Comunicaciones y Transporte (S.C.T.) por conducto de la dirección general de servicios técnicos elabore el proyecto de la carreta “puebla-Teziutlan”; proyecto que comprende la construcción del puente “Congreso – San Nicolás” que estará a cargo de CDCO CIPRES S.A.DE C.V.

En conclusión teniendo presentes estos aspectos en conjunto con toda una serie de estudios realizados sobre la región, se detecto que en realidad era dispensable la construcción del puente “Congreso – San Nicolás” para salvar el arroyo “Axatl” y dar continuidad a la carretera Puebla – Teziutlan que permita el pleno desarrollo de la región y del país en general.

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1.5. CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS DEL TRAMO DE LOCALIZACIÓN DEL CRUCE.

El proyecto geométrico abarca todos los aspectos del proyecto de un camino bajo el punto de vista de la ingeniería. El proyecto geométrico comprende la discusión de las dimensiones de los elementos de calzada y sus combinaciones; comprende tanto la ingeniería de detalle como la ingeniería de los elementos más generales de los estudios de una carretera.

Estos aspectos son: a) Proyectos de Rasante.

Debido a que la posición económica de la rasante depende principalmente de la topografía de la zona, se debe tomar en cuenta lo siguiente:

1.- En terrenos planos, la altura de la rasante sobre terrenos planos estará generalmente regulada por las obras de drenaje.

2.- En terrenos de lomerío, se recomienda adoptar rasantes onduladas, las cuales convienen tanto en razón de operación, como de la economía en el costo de construcción.

3.- En terrenos montañosos, la rasante estará controlada estrechamente por las condiciones críticas de la topografía, como son los cantiles y cañadas.

4.- Dos curvas sucesivas y en la misma dirección, separadas por una tangente corta más o menos de 60 m, deben ser evitadas.

5.- Una rasante escalonada es preferible, a una sola pendiente sostenida, porque nos permite aprovechar el aumento de la velocidad previo al ascenso y su correspondiente impulso.

6.- La rasante debe cumplir con las especificaciones ordenadas en el proyecto.

7.- En general, se entiende que el alineamiento horizontal es definitivo, pues se supone que todos los problemas inherentes a él han sido previstos en la fase de anteproyecto, sin embargo hay ocasiones en que se requiere modificado localmente.

8.- La rasante a proyectar debe permitir el buen funcionamiento de las alcantarillas puente y paso desnivel, dando las elevaciones exigidas. En zonas donde no hay obras, su altura debe ser la necesaria para evitar humedades perjudiciales a las terracerías y pavimentos causadas por zonas de inundación o humedad excesiva en el terreno natural.

De acuerdo con lo anterior se considera que los elementos que define el proyecto de la rasante económica son los siguientes:

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2.- Condiciones geotécnicas. 3.- Rasante mínima.

4.- Costo de las terracerías.

El proyecto del camino se ha realizado con las siguientes especificaciones. 1. Ancho de corona = 10.00 m

2. Ancho de carpeta = 7.20 m 3. Curva máxima = 5.583o 4. Pendiente máxima = 1.375 %

Considerando los datos anteriores, el cruce de arroyo “Axatl” está localizado conforme al eje de proyecto del camino, a 85.482 m posteriores a la salida de la curva vertical No. 2 (ver plano de 02 „modificación de trazo”), cuyos elementos de curva son los siguientes:

P.C.V. = 4+379.680 P.I.V. = 4+409.680 P.T.V. = 4+439.360 S.T.1 = 30.00 m S.T.2 = 30.00 m G.C. = 4.850O R.C. = 236.181 m C. = 14.478O L.C. = 59.68 m

Dicha curva horizontal finalizada en el P.T.V. = 4+439.360 e iniciado un tangente cuya longitud es de 85.482 m.

El eje de trazo cruza a la corriente en sentido perpendicular; es decir con un ángulo de esviajamiento de 0o.

Otra característica importante que podemos mencionar, es que el arroyo Axatl provoca una influencia hidráulica en el cruce, debido a una caída localizada en el cruce mismo, además existe cambio de pendiente de suave a pronunciada a una cascada cerca del cruce. El área de la cuenca drenada hasta el cruce es de 19.00 km2 y pertenece a la región hidráulica No. 18 balsas, según clasificación de SARH., los cuerpos flotantes que arrastra la corriente durante las avenidas, están formadas por ramas y basura.

Todas las plantas configuradas y demás levantadas quedaron referidos a la elevación del banco de nivel BN-1 rotulado sobre poste de concreto de 19.21 metros a la derecha de la estación 4+507.07 con una elevación arbitraria de 97.00 metros.

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ANEXO A

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CAPITULO II

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2.1. ESTUDIOS DE CAMPO

En el estudio de la ingeniería de puentes, cuando se trata de buscar soluciones satisfactorias tanto técnicas como económicas, dirigidas al estudio y la construcción de un puente, las actividades del ingeniero deberán ser abocadas, hacia el estudio de campo.

Estos estudios, son destinados para recabar los informes necesarios que servirían en base para el diseño. Deben ser realizados con todo cuidado y buen criterio pues de nada nos serviría un buen diseño si este se basa en estudios de campo incompletos, erróneos o deficientes. Los estudios de campo según su importancia y su orden cronológico los podemos agrupar de la siguiente manera.

1.- Estudios Topográficos.

2.- Estudios Hidrológicos e Hidráulicos. 3.- Estudios de Cimentación.

4.- Estudios de Transito. 5.- Estudios de Construcción. 2.2. ESTUDIOS TOPOGRÁFICOS.

Para el presente estudio, primeramente es indispensable que el ingeniero a cargo realice un reconocimiento de la zona de cruce ya definido o bien, de la zona en que debe construirse el puente con el firme propósito de conocer las condiciones generales del terreno.

Básicamente, para la ubicación de un puente se debe considerar dos aspectos muy importantes; que son el técnico y el económico. Por lo que respecta al aspecto técnico, el sitio de cruce será aquel que ofrezca un buen alineamiento de trazo en las proximidades del puente, además de un buen perfil de la línea (especialmente en el caso de F.F.C.C.). Además de condiciones de cimentación deben ser satisfactorias, que el cauce del rio en la zona de cruce este bien definido (no divagante) y alejado de las curvas horizontales y caídas o rápidas en su curso.

Dentro del aspecto económico y a través de la practica y la experiencia en la construcción de puentes, se dice que el puente menos costoso en el cruce más económico, no siempre representa el mas optimo, ya que este caso puede exigir un trazo en sus accesos y por lo tanto lo convierte en antieconómico; sin embargo es posible que exista un cruce que exija un puente costoso (ya sea por su longitud, altura o cimentación). Pero que los tramos de acceso del camino sean reducidos. Por lo tanto, se debe comparar el costo del puente en su conjunto. Básicamente, los estudios topográficos comprenden los siguientes pasos:

1. Reconocimiento de zona y cruces posibles.

2. Levantamiento general de la zona de los cruces o croquis posibles.

3. Levantamiento configurado del terreno en la zona de cada cruce, que se apoyara en polígonos cerradas y se hará por medio de secciones o con estadías. abarcara una

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extensión suficiente mente amplia para apreciar el alineamiento general del cauce del arroyo antes del cruce y después del mismo en avenidas.

4. Levantamiento detallado de una faja de terreno aun y otro lado del eje del cruce, dibujando a mayor escala que el inmediato anterior.

5. Estudios de los tramos de liga de cruce con el resto de línea, para juzgar del alineamiento, de las pendientes y del costo de esos tramos.

6. Sección transversal del rio, según del cruce indicando los niveles de aguas máximas ordinarias y mínimas.

Para este proyecto en estudio (Puente Congreso -San Nicolás) se realizaron reconocimiento a la zona por parte de la brigada de campo. Se determinaron los distintos cruces posibles, se realizo un levantamiento general de la zona, así como un levantamiento configurativo del terreno en la zona de cruce. También se analizaron los aspectos técnicos y económicos antes mencionados. Se continúo con la realización de los levantamientos topohidraulicos correspondientes al cruce en estudio, que consistieron en: planta general, planta detallada, perfil de construcción, perfil detallado, trazo del camino y levantamiento de las secciones transversales hidráulicas y puntos auxiliares.

El arroyo nace aproximadamente a 20.00 km. Del sitio de cruce y desemboca a 50.00 km., en el rio Atoyac. Si provoca influencia hidráulica en el cruce, debido a una caída localizada en el cruce del mismo. Además existe cambio de pendiente de suave a pronunciada o una cascada cerca del cruce. El área de la cuenca drenada hasta el cruce es de 19.00 km2 y pertenece a la región hidrológica No. 18 balsas, según su clasificación de SARH. Los cuerpos flotantes que arrastra la corriente durante las avenidas, están formadas por ramas y basura.

El eje del trazo cruza a la corriente con un ángulo de esviajamiento de 0o

Todos las plantas configuradas y además levantamientos quedaron referidos a la elevación del banco de nivel BN-1 rotulado sobre poste de concreto de 19.21 metros a la derecha de la estación 4+507.07 con una elevación arbitraria de 97.00 metros.

2.3. GENERALIDADES DEL ESTUDIO TOPOHIDRAULICO E HIDROLOGICO

 El arroyo nace aproximadamente a 20.00 km. Del sitio de cruce y desemboca a 50.00 km., en el rio Atoyac.

 Si provoca influencia hidráulica en el cruce, debido a una caída localizada en el cruce del mismo.

 Si existe cambio de pendiente de suave a pronunciada o una cascada cerca del cruce.  El área de la cuenca drenada hasta el cruce es de 19.00 km2 _{y pertenece a la región}

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vegetación se puede clasificar como agricultura de temporal la topografía es sensiblemente plana.

 Elevación y descripción del banco de nivel BN-1 rotulado sobre poste de concreto a 19.21 m a la derecha de la Estación. 4+507.07 con una elevación arbitraria de 97.00 m.  El escurrimiento es de carácter : intermitente

 Tipo y longitud máxima de los cuerpos flotantes: armazón y basura.  La precipitación medio anual es de 100 mm.

 El clima predominante en la región se clasifica como: templado húmedo.

Información adicional (Erosión marginal, caídas, ubicación del cruce en una curva del cruce curvas cercanas, etc.)

 Geología superficial en el fondo: arenas, limos y boleos.  En el margen izquierda: arenas y boleos.

 En la margen derecha : arenas y boleos

 El paso actual de los vehículos en la zona de cruce es: sobre un puente existente  Si existen puentes cercanos al cruce sobre la misma corriente proporcionar los datos

siguientes.

 Ubicación: en el mismo cruce.

 Numero y longitud de claros: seis claros, uno de 6.50 m. dos de 6.40 m. dos de 6.35 m. y otro de 6.20m.

 Altura media hasta la parte inferior de la superestructura:1.00 m

 ¿ha funcionado el puente a su máxima capacidad? Si, por la influencia hidráulica de la estructura.

 Área total bajo el puente: 32.30 m2

 Antigüedad de la obra: 49 años aproximadamente.  Otros datos útiles a juicio del observador.

I. ESTUDIO HIDROLOGICO  Método aplicado: Ven te Chow.

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 Se obtuvo del caudal máximo de 47.68 m3/seg, asociado a un periodo de retorno de 50 años.

 Observaciones (fuente de información, confiabilidad, etc.).El gasto obtenido es confiable debido a que la información para la elaboración de las isoyetas es muy amplia.

II. ESTUDIO HIDRAULICO.

 Nivel de aguas mínimas: cauce seco.

 Nivel de aguas máximas extraordinarias: 101.85 m (datos de la sección levantada a 200 m aguas arriba). No se considero la sección hidráulica en el cruce por que el NAME desbordaría hacia ambas márgenes por la insuficiencia hidráulica del puente).

 Método aplicado: sección y pendiente hidráulica.

 Sección levantada: a 200 m aguas arriba y a 150 m aguas abajo.

 Gasto obtenido en la sección levantada a 200 m aguas arriba: 29.82 m3 / seg.  Velocidad media máxima: 2.66 m/seg.

 Observaciones (fuente de información, confiabilidad, etc.). las huellas de los niveles máximos no corresponde a los niveles reales, ya que el escurrimiento es alterado por la obstrucción que se forma en el puente existente provocando un embalse desborda en ambas márgenes.

III. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

 Se recomienda un gasto de diseño de 47.68 m3/seg asociado a una velocidad de 2.66 m/seg  La distancia libre que deberá dejarse entre el nivel de aguas máximas extraordinarias y la parte

inferior de la superestructura para permitir el paso de los cuerpos flotantes se de 2.00 m.

2.4. ESTUDIOS HIDRAULICOS.

La importancia de los estudios de hidráulicos de un cauce pluvial por salvar, es muy grande, como es fácil comprender el caudal a gasto máximo durante las avenidas que alcanza el agua cuando esta tiene lugar, la frecuencia con que se presentan, la duración de las mismas, el nivel a que llega el agua, las zonas que inunda, la dirección general de la corriente en crecientes, el alineamiento del rio y otras características que influyen en las características de la obra por construir, así como en el costo y funcionamiento de la misma.

La mejor manera de conocer la magnitud del canal en avenidas y estiaje, los niveles alcanzados, la frecuencia de las avenidas y su duración, es por medio de estaciones de aforo y cuyos datos son recopilados a lo largo del tiempo. Desgraciadamente no es posible contar con esto acopio de datos relativos a un rio o arroyo en particular.

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En México hay infinidad de ríos y arroyos de los cuales no se tienen datos directos de aforo, razón por la cual el ingeniero tiene que valerse de medios indirectos para estimar los caudales de los ríos en avenidas. Estos métodos indirectos más usados son las llamadas “Formulas de Escurrimiento “y el proceso de “Sección y Pendiente”.

METO DE VEN TE CHOW:

Con la finalidad de determinar la magnitud del gasto máximo que produciría la corriente del arroyo “Axatl” hasta el sitio de cruce con el eje de la carretera Puebla – Teziutlan, se realizo un estudio hidrológico asociado a un periodo de retorno de 50 años, aplicando el método e propuesto de Ven Te Chow con al información de lluvia contenida en los mapas de Isoyetas de intensidad de lluvia – Duración – Frecuencia, que proporciona la información clave para determinar los caudales máximos generados por las cuencas hidrológicas que han de ser drenadas a través de las diversas obras que se construyen en el país. Estos mapas fueron elaborados por la Secretaría de Comunicaciones y Transporte.

El método de Chow está basado principalmente en el concepto de hidrograma unitario y del hidrograma unitario sintético.

En la descripción de este método se usara la siguiente notación: A = área de la cuenca en Km2.

d = duración total de la tormenta, en horas L = longitud del cauce principal, en m N = numero de escurrimiento, adimensional

P = lluvia de la zona en estudio para una duración dada, d en cm. Pb = lluvia en la estación base para la duración d, en mm

Pa = precipitación media anual en la zona en estudio, en mm

Pab = precipitación media anual en la estación base, en mm

Pe = lluvia en exceso en la zona de estudio para la duración d, en cm

Qb = gasto base, en m3/s

Qd = gasto diseño, en m3/s

Qm = gasto pico del hidrograma del escurrimiento directo, en m3 /s

qm = gasto pico del hidrograma unitario, en m3/s por cm de lluvia en exceso,

para una duración de d horas.

S = pendiente media del cauce, en porcentaje. tp = tiempo de retraso, en h

X = factor de escurrimiento, en cm/h Y = factor climático, adimensional.

Z = factor de reducción del pico, adimensional.

El hidrograma es una expresión integral de las características fisiográficas y climáticas que gobiernan las relaciones entre la precipitación y el escurrimiento en una cuenca particular. El hidrograma de una corriente es la representación grafica de sus variaciones de flujo, arregladas

(37)

en orden cronológico. En general, para expresar el flujo, se usa el gasto, que indica el volumen escurrido en la unidad de tiempo.

Este método considera que el gasto de pico del escurrimiento directo de una cuenca puede calcularse como el producto de la lluvia en exceso Pe por el gasto de pico de un hidrograma

unitario, qm, o sea:

Qm= qm Pe………...(1.1)

Considerando una lluvia en exceso igual a 1 cm. Con una duración de d horas sobre una cuenca de A km2, el escurrimiento de equilibrio, o sea el escurrimiento producido por una lluvia de intensidad constante continuando idénticamente, será igual a 2.78 A / d. La relación del gasto de pico del hidrograma unitario qm a 2.78 A/d, se define como factor de reducción del pico, Z. Z= qm d ……….……… (1.2) 2.78 A Y entonces qm = 2.78 A Z ……….. (1.3) d

Sustituyendo la ecuación (1.3) en la ecuación (1.1) se obtiene:

Qm =2.78 A Z Pe……….. (1.4)

d

Llamando X al cociente de Pe entre d, o sea:

X = Pe ………. (1.5)

d

La ecuación del gasto queda;

Qm =2.78 A X Z ……….. (1.6)

Si el gasto base en el tiempo del gasto pico es Qb, entonces el de diseño es: Qd=Qb + Qm

Factores que afectan al escurrimiento:

Los factores que afectan al escurrimiento, considerados en este método, pueden dividirse en dos grupos. Uno que afecta directamente a la cantidad de lluvia en exceso o escurrimiento directo, el cual está compuesto principalmente por el uso de la tierra, la condición de la superficie, el tipo de suelo y cantidad y duración de la lluvia. El otro grupo afecta la distribución

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del escurrimiento e incluye el tamaño y la forma de la cuenca, la pendiente del terreno y el efecto de retención del flujo por medio del tiempo de retraso. Esta distribución del escurrimiento directo expresada en términos de hidrograma unitario de la cuenca, el cual se define como el hidrograma del escurrimiento directo resultante de 1 cm de lluvia en exceso generada uniformemente sobre toda la cuenca y con la intensidad también uniforme durante un periodo especifico de tiempo.

Existe una cierta interdependencia entre los dos grupos de factores. Sin embargo, esta interdependencia es desconocida y, para propósitos prácticos, puede considerarse que no afecta a la relación entre el escurrimiento directo de la lluvia en exceso. Esta hipótesis es la base para poder establecer la ecuación 1.1.

Para tomar en cuenta el efecto del primer grupo, se introduce el número de escurrimiento. N, el cual es función del uso de suelo y de las características de este.

El uso de suelo de la cuenca en estudio se investigo en la carta USO DEL SUELO Y VEGETACION (heroica Puebla de Zaragoza E14B43) escala 1:50,000 editada por INEGI y que comprende a la cuenca en estudio, aparece el tipo de suelo clasificado con los símbolos: Je + Hh, el cual indica que se trata de un suelo Fluvisol (del latín fluvis: rio. Literalmente suelo del rio).

Se caracteriza por estar formados siempre por materiales acarreados por agua. Están constituidos por materiales disgregados que no presentan estructura en terrones, es decir, son suelos muy poco desarrollados. Presentan capas alteradas de arena, arcilla o grava que son producto de acarreos de dichos materiales por inundaciones o crecidas muy antiguas.

Feozem (del griego phaeo: pardo; y del ruso zemlja: tierra. Literalmente, tierra parda)

Son suelos que se encuentran en varias condiciones climáticas, desde zonas semiáridas, hasta templadas o tropicales muy lluviosas, así como en diversos tipos de terrenos, desde planos hasta montañosos. Muchos foezems profundos y situados en terrenos planos se utilizan en agricultura de riego o temporal, de granos, legumbres u hortalizas.

Gleysol (del ruso gley; suelo pantanoso)

Son suelos que se encuentran en casi todos los climas, en zonas donde se acumulan y se estanca el agua, cuando menos en la época de lluvias, como las lagunas costeras, o las partes más bajas y planas de los valles y las llanuras.

De acuerdo al sistema único de clasificaciones de suelos (S.U.C.S.), corresponde a un tipo de suelo; SC (se clasifican dentro de este tipo de suelos las Arenas Arcillosas). Los suelos se clasifican, según influencia las características del material en el escurrimiento, la vegetación

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generalmente aumenta la capacidad de infiltración de los suelos arcillosos, debido a que modifica la permeabilidad de dichos suelos este tipo de suelos pertenece al grupo C.

Conocido el tipo de suelo con la clasificación anterior, y tomando el uso que tenga el suelo, se entra a la tabla No. 9 del manual de la SARH, donde se podrá conocer el valor de N (numero de escurrimiento).

USO DE SUELO TIPO DE SUELO

A B C D

AGRICULTURA TEMPORAL 55 69 78 83

Una vez conocido el número de escurrimiento, el valor de la lluvia en exceso, Pe, puede calcularse para una altura de lluvia dada P, mediante la ecuación siguiente:

(P-508+5.08)2 . N .

Pe = P+20.32-20.32………. (1.8) N

Determinación del factor de escurrimiento X.

Para calcular el valor X se requiere conocer la precipitación en exceso en la cuenca, para lo cual se usa la ecuación 1.8 basándose en la lluvia registrada en la estación base Pb, durante la tormenta de d horas, y transportada a la cuenca mediante el factor climático Y.

La estación que se escoja como base debe contar con pluviografo, ya que se requiere conocer la distribución de la lluvia con respecto al tiempo.

Para determinar Pb se deberán elaborar previamente las curvas de intensidad – Duración de Periodo de retorno.

Determinación de factor climático Y.

Este factor trata de tomar en cuenta el hecho de que el sitio donde se requiere valuar el gasto generalmente está alejada de la estación base, o sea que sirve para transportar la tormenta, La liga entre estación base y la zona en estudio la hace Chow mediante un plano de isoyetas de precipitación diarias con periodo de retorno a 50 años. A falta de esta información la SCT usa la carta de isoyetas de precipitación media anual elaborada por la SARH, en cuyo caso el factor climático se expresa como sigue:

Y=. Pa ……….. (1.9) Pab

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Determinación del factor de reducción del pico, Z

El factor Z, como ya se explico antes, (ecuación 1.2), es igual a la relación entre el gasto de pico de un hidrograma unitario debido a una lluvia de duración dada, d, y el escurrimiento de equilibrio, o sea el escurrimiento correspondiente a la misma intensidad de lluvia pero de duración infinita.

El valor de Z se puede calcular como una función de la relación entre la duración de la tormenta d y del tiempo de retraso tp. Dicho tiempo tp se define como el intervalo de tiempo medio de centro de masa de un bloque de intensidad de lluvia al pico resultante del hidrograma. Este tiempo de retraso es igual al tiempo de pico del escurrimiento en un hidrograma unitario instantáneo, el cual se define como un hidrograma hipotético cuya duración de lluvia en exceso se aproxima a cero como límite, mientras se mantiene fija la cantidad de lluvia en exceso igual a 1 cm.

Por otra parte, e tiempo de retraso depende principalmente de la forma del hidrograma y de las características fisiográficas de la cuenca y es independiente de la duración de la lluvia .Chow encontró para la zona en estudio, que el tiempo de retaso e puede representar mediante la ecuación siguiente:

tp = 0.00505(L/s1/2)0.64……….(1.10)

Conocido el valor de tp de la cuenca en estudio, para cada duración de tormenta se puede

calcular Z.

Procedimiento de cálculo:

Para aplicar el método de Chow, se requiere los datos siguientes: a). Datos fisiográficos:

área de la cuenca por estudiar longitud de cause principal

pendiente media del cauce principal uso del suelo en la cuenca

b). Datos climatológicos:

curva intensidad – duración – periodo de retorno para la estación base de la zona en estudio.

Plano o carta de isoyetas para ligar la cuenca en estudio con la estación base.

El procedimiento de cálculo para obtener el gasto máximo con un determinado periodo de retorno empleando el método de Chow es el siguiente:

1. Con los datos del tipo y uso de suelo se calcula el valor de N, empleando el manual de la SARH.

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3. de las curvas de intensidad – duración – periodo de retorno, con el valor de d asignado y el periodo de retorno escogido, se obtiene la intensidad de lluvia para esta tormenta. Multiplicando la intensidad de lluvia por la duración d, se obtiene la precipitación total Pb

4. Usando la ecuación 1.9 se calcula Y.

5. Se obtiene el valor de la precipitación en la cuenca correspondiente a la duración d, transportando la precipitación Pb de la estación base mediante el factor climático.

YP = Y Pb

6. Con los valores calculados de N y P, se calcula la lluvia en exceso Pe empleando la

ecuación 1.8

7. Con los valores calculados de Pe y d, se calcula X aplicando la ecuación 1.5

8. Con la longitud y al pendiente del cauce aplicando la ecuación 1.10, se calcula el valor de tp.

9. Se calcula la relación d/tp y empleando la formula de la plantilla método de Ven Te

Chow se obtiene el valor de Z.

10. Aplicando la ecuación 1.6 se calcula el gasto.

11. Se repiten los pasos de 3 al 10 para otras duraciones de tormenta.

12. Se representa, mediante una grafica, los gastos obtenidos contra las duraciones de tormenta correspondiente. El mayor gasto es el de diseño.

13. Si la corriente es perenne, se agrega al gasto máximo determinado el flujo base Qb

METODO RACIONAL

En el sistema métrico se puede escribir de la siguiente manera:

Qp = 0.278 C I A……….. (1)

Donde:

Qp = gasto pico en m3 /s

C = coeficiente de escurrimiento, adicional

I = intensidad de lluvia para una duración igual al tiempo de concentración, en mm/hr A = área drenada en km2

0.278 = factor de homogeneidad de unidades

El coeficiente C representa la relación entre el volumen escurrido y el llovido y depende de las características de la cuenca.

En la siguiente tabla, se muestran los valores de este coeficiente comúnmente empleados.

TIPO DEL AREA POR

DRENAR PENDIENTE EN %

COEFICIENTE DE ESCURRIEMIENTO "C"

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PRESENTA: ARTURO URRUTIA PIÑA 35 Suelo arenoso 2 a 7 0.10 - 0.15 Suelo arenoso 7 0.15 - 0.20 Suelo grueso 2 1.13 - 0.17 Suelo grueso 2 a 7 0.18 - 0.22 Suelo grueso 7 0.25 - -0.35 Campos de cultivos 0.20 - 0.40 Zonas forestadas 0.10 - 0.30

Una de las hipótesis en que se basa la formula racional expresada que el gasto producido por una lluvia de intensidad constante sobre una cuenca es máxima cuando dicha intensidad se mantienes por un lapso igualo mayor que el tiempo de concentración, el cual se define como el tiempo de recorrido del agua desde el punto hidráulicamente más alejado hasta el punto de salidas de la cuenca, ya que el cumplir con esta condición toda el área de la cuenca contribuye al escurrimiento.

Por consiguiente, es necesario calcular previamente el tiempo de concentración para lo cual se emplea alguna de las formulas empíricas que existen. Las hipótesis más importantes en las que se basa el método racional son las siguientes:

La duración de la precipitación coinciden con el tiempo de pico del escurrimiento. Todas las porciones de la cuenca contribuyen a la magnitud del pico del escurrimiento. La capacidad de infiltración es constante en todo tiempo.

La intensidad de precipitación es uniforme sobre toda la cuenca.

Los antecedentes de humedad y almacenaje de la cuenca son despreciables.

CALCULO DELTIEMPO DE CONCENTRACION

Para aplicar esta fórmula (ecuación 2), necesitamos conocer los valores de L y S. L = 20.00 km.

S = 0.0625

Sustituyendo valores se tiene: (20.00)0.77

Tc = 0.0662. .= 1.933 = 115.98 = 120 minutos (0.0625)0.385

DETERMINACION DELPERIODO DE RETORNO

En términos generales se puede decir que el periodo de retorno de proyectos depende principalmente de las dimensiones y del tipo de la obra de drenaje, así como de la importancia de la vía terrestre. En el caso de las alcantarillas, un valor comúnmente empleado del periodo de retorno es el de 25 años, y en el caso de puentes de 50 años. Por la magnitud del gasto

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obtenido con los otros métodos aplicados y por la topografía del cauce en l sección del cruce es de esperar que dicho gasto pueda drenar con una estructura del orden de 30 a 60 metros de claro, por lo que se considera el periodo de retorno de proyectos de 50 años.

CALCULO DE LA INTENSIDAD DE PRESIPITACION

Buscando la ubicación de la zona de estudio en el mapa de isoyetas intensidad de lluvia para el estado de Puebla (mm/hr) con un periodo de de retorno de 50 anos y una duración de 120 minutos, se deduce un valor de intensidad de lluvia de 35 mm/hr.

CALCULO DEL COEFICIENTE DE ESCURRIMIENTO

Por tratarse de zonas destinadas a la agricultura, con pendiente mayores al 2 % el valor de 0.25 es aplicable al coeficiente de escurrimiento.

AREA DRENADA: 19.00 Km2.

Sustituyendo los valores de los parámetros ya determinados en la expresión (1) se obtiene: CPA 0.278 * 0.25 * 35 * 19.00 = 46 m3/seg

METODO DE SECCION Y PENDIENTE HIDRAULICA:

El método de la sección y pendiente consiste en la determinación del gasto por medio de secciones hidráulicas definidas y de la pendiente del rio o arroyo. Este método se usa generalmente en el estudio de los arroyos perfectamente definidos.

Las secciones deben ser hidráulicas, es decir, normales a la dirección general de los filamentos del agua en época de las máximas extraordinarias, por que el gasto se calcula para estas. Para obtener el gasto es conveniente tomar varias secciones, una de ellas en el cruce y como mínimo una aguas arriba y otra aguas debajo del. La distancia de la dos secciones auxiliares aleje, debe ser como mínimo de 200 metros con el objeto de que en la determinación de la pendiente no influyan accidentes locales tales como vados, pozos, gasas del rio, etc.

Las secciones hidráulicas deben por tanto elegirse en un tramo en que las márgenes están bien definidas y la velocidad sea prácticamente constante y no haya régimen hidráulico turbulento.

Se establecieron puntos de control o de apoyo por medio de una poligonal abierta por una de las márgenes, localizándola arriba del nivel de aguas máximas y aproximadamente paralela al eje de la corriente, la secciones transversales se apoyaron en una poligonal y se levantaron las secciones transversales normales al eje de la corriente, abarcando los niveles superiores al aguas máximas, tomando los niveles de aguas máximas y las aguas normales en cada una de las márgenes. También se realizo una inspección minuciosa del cauce, para fijar el valor del

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coeficiente de rugosidad, necesario para el cálculo de la velocidad media correspondiente a la cresta de la corriente. Como en la mayor parte de los casos es difícil fijar un valor medio del coeficiente de rugosidad, no solamente para todo el tramo, sino también para cada sección, dividiendo esta en áreas parciales limitadas de acuerdo con los cambios de dicho coeficiente. Para el caso del arroyo “Axatl” se fijo un valor para el coeficiente de rugosidad de n=0.040 por ser un arroyo pequeño de planicie, cauce limpio, etc. llano, con algunas pozas y bancos de arena. Como complemento de la inspección, se tomo una serie de fotografías de diferentes tramos del cauce y tomando otras relativas a las características del lecho y márgenes de la corriente.

La formula generalmente utilizada para hacer la determinación de la velocidad media es la llamada de Manning:

1

V=. .r2/3 s1/2 N

En la cual:

V = velocidad media de la corriente

N = coeficiente de rugosidad que depende de la naturaleza del cauce

r = radio hidráulico de la sección, expresado en metros, que es igual al cociente que resulta dividir el área de la sección (A), expresada en m2 entre el perímetro mojado (p), expresado en metros.

S = pendiente hidráulica, que es aproximadamente, el cociente que resulta de dividir la diferencia de nivel que existe entre los puntos extremos del tramo, entre las distancias que los separan. Rigurosamente debe ser la pendiente del gradiente de la energía, y es el un numero abstracto que no tienen unidades.

Una vez obtenida la velocidad media (V) se multiplica por área (A), a fin de obtener el gasto (Q).

Para hacer la estimación se trabajo con cada una de las secciones por separado, determinando los valores de áreas, coeficientes de rugosidad, radios hidráulicos y la pendiente general del todo el tramo.

Las áreas se determinaron limitado la parte superior de cada una de las secciones transversales por medio de una horizontal, cuya elevación se fijara de acuerdo con al atura e as líneas de aguas máximas.

El valor del coeficiente de rugosidad, aplicable a cada una de las secciones transversales, se obtendrán multiplicando las áreas parciales en que se considere dividida cada sección, por los valores de aquel coeficiente que la afecta; después se suman estos productos y finalmente la suma se divide entre el área total, con lo que se tiene el valor de dicho coeficiente aplicable para toda la sección.

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El radio hidráulico de cada sección transversal se obtiene dividiendo el área total de la misma entre su perímetro mojado.

2.5 ESTUDIOS DE CIMENTACIÓN. (MECANICA DE SUELOS) 1. Objetivo y alcance

A). Los principales objetivos de este estudio son los siguientes:

1. determinar la estratigrafía de subsuelo, así como sus propiedades índice y mecánica más importantes.

2. Proponer la solución de cimentación que deberá tener cada uno de los apoyos de la estructura.

3. Calcular la capacidad de carga neta admisible para diseñar la cimentación propuesta. 4. Calcular la profundidad máxima de socavación esperada.

5. Proponer el procedimiento constructivo de la cimentación del puente. B). Alcance:

Debido a la magnitud de la obra por realizar, para cumplir con los objetivos antes mencionados, se realizaron dos sondeos con una profundidad de 15.00 m localizados como se muestra en la (fig. 2)

En el punto No. 1 se describe brevemente los trabajos de campo que se realizaron para obtener las muestras del subsuelo. El punto No. 2 contiene la descripción de los ensayes de laboratorio que se realizaro0n con las muestras recuperadas. En el punto No. 3 se consigna la descripción de los materiales existentes indicado la estratigrafía encontrada y las clasificaciones de los depósitos de acuerdo al SUCS.

El punto No. 4 contiene los análisis realizados para estimar la profundidad de socavación. El punto No. 5 contiene la solución de cimentación que se propone para los apoyos del puente, así como los resultados de la capacidad de carga, los asentamientos que ocurriría en la cimentación. En el puno No. 6 se presenta el procedimiento constructivo de la cimentación. El punto No. 7 se presenta las recomendaciones, mientras que los puntos 8, 9, 10, y 11 contiene las referencias, tablas y figuras.

2. Trabajos de campo

2.1 Reseña geológica de la zona

Las unidades litológicas que afloran en el área y sus alrededores son depósitos de terciario y cuaternario de origen igneo, compuesto totalmente por lavas y materiales

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de origen lacustre, que prácticamente no han sufrido perturbaciones desde que se depositaron.

El vulcanismo se localiza principalmente al nivel de grandes estrato-volcanes que se levantan en medio de grandes llanuras lacustres pliocenicas que se forma el valle de puebla. En la zona se pueden localizar rocas que van desde el jurasico hasta el reciente. La fase volcánica más antigua es del jurasico superior reconstruyendo el arco alisitos, de igual forma se identifica rocas del cretácico medio al Eoceno, se tienen afloramientos conocidos del Oligo - Mioceno. Este vulcanismo se puede asociar con la fase compresiva que se desarrollo a lo largo de a costa del pacifico. Finalmente, a partir del mioceno superior se origina un cambio radical del vulcanismo, iniciando las fases basálticas.

La erosión e intemperismo de las rocas volcánicas, originan los sedimentos granulares superficiales que actualmente se tiene en zonas bajas.

2.2 Sondeo exploratorio

Para determinar la estratigrafía del subsuelo y obtener las muestras necesarias para conocer las características índices y propiedades mecánicas del subsuelo se programo la ejecución de dos sondeos de tipo mixto, alternando la ejecución de la prueba de penetración estándar con el muestreo inalterado usando tubos tipo Shelby. Sin embargo, por la naturaleza de los materiales encontrados, no fue posible recuperar muestras inalteradas. El SPE-1 se localiza aguas debajo de cruce del camino y en la margen izquierda del mismo. El SPE-2 se localiza aguas arriba en la margen derecha del mismo (fig. 2).

La prueba de penetración estándar se efectuó de acuerdo a la norma ASTM-D1586 que indica que debe hacerse hincando en el suelo una herramienta estándar de 3.5 cm de diámetro interior y 5.08 cm de diámetro exterior, por medio de la energía que le transmite la caída libre de un martinete de 63.5 kg. De peso, al dejarlo caer desde una altura de 76 cm. Durante su ejecución se cuente el número de golpes (n) necesario para hincar la herramienta estándar una longitud de 30. cm.

Cuando la naturaleza de los materiales encontrados no fue posible realizar la penetración de los 30 cm especificados, se retiro en penetrómetro y se completo el avance utilizando una broca tricónica para suelos duros y barril con broca de diamante para boleos.

Con este procedimiento de muestreo se logran dos finalidades de gran importancia: Obtener muestras representativas de los materiales del subsuelo